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전개형 복합재 반사판 안테나의 유연 다물체 동역학 해석
Flexible Multibody Dynamic Analysis of the Deployable Composite Reflector Antenna 원문보기

한국항공우주학회지 = Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences, v.47 no.10, 2019년, pp.705 - 711  

임윤지 (School of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University) ,  오영은 (School of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University) ,  노진호 (School of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University) ,  이수용 (School of Aerospace and Mechanical Engineering, Korea Aerospace University) ,  정화영 (LIG Nex1) ,  이재은 (LIG Nex1) ,  강덕수 (LIG Nex1) ,  윤지현 (LIG Nex1)

초록
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전개형 반사판 안테나의 전개거동 특성을 해석적 그리고 실험적 방법으로 분석하고자 한다. Kane 방정식을 이용하여 전개형 안테나의 다물체 운동방정식을 공식화하였다. 복합재료 반사판의 구조변형 특성을 살펴보기 위해 FSDT(First-order Shear Deformation Theory)를 이용하여 빔 모델로 유한요소 정식화 하였다. 역진자 모델을 이용하여 안테나 전개시간에 따른 스프링 상수 그리고 댐핑 계수들을 결정하였다. 다물체 동력학 해석을 통하여 설계변수에 따른 안테나 반사판의 동적구조 특성을 확인하였고, 무중력 모사 전개실험을 통하여 해석결과 검증 및 거동특성을 실험적으로 관찰하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Dynamic behaviors of the deployable composite reflector antenna are numerically and experimentally investigated. Equations of the motion are formalized using Kane's equation by considering multibody systems with two degrees of freedom such as folding and twisting angles. To interpret structural defo...

주제어

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문제 정의

  • 본 연구에서는 전개형 복합재 반사판 안테나의 동특성을 검증하기 위해 Kane 방정식을 통해 다물체 시스템의 운동방정식을 공식화고 반사판 패널의 전개 거동을 수치적으로 분석하고자 한다. 또한, 하중 보상 장치를 개발하여, 무중력 환경 전개 시험을 통하여, 해석 및 실험 결과를 검증하고자 한다.
  • 본 연구에서는 전개형 복합재 반사판 안테나의 동특성을 검증하기 위해 Kane 방정식을 통해 다물체 시스템의 운동방정식을 공식화고 반사판 패널의 전개 거동을 수치적으로 분석하고자 한다. 또한, 하중 보상 장치를 개발하여, 무중력 환경 전개 시험을 통하여, 해석 및 실험 결과를 검증하고자 한다.

가설 설정

  • 전개 메커니즘의 운동방정식과 수치적 해석을 통해 안테나의 구조 동특성을 분석할 수 있다. 운동량의 원리와 D’Alembert 원리를 이용한 방정식은 특정 구속력을 고려해야 한다. Lagrange 방정식은 종속변수에 대해 불필요한 복잡한 방정식으로 유도되는 단점이 있다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
Lagrange 방정식 단점은 무엇인가? 운동량의 원리와 D’Alembert 원리를 이용한 방정식은 특정 구속력을 고려해야 한다. Lagrange 방정식은 종속변수에 대해 불필요한 복잡한 방정식으로 유도되는 단점이 있다. Gibbs 방정식은 체계적이고 간단한 운동 방정식을 제공하지만, Kane 방정식과 비교했을 때구현하기 힘든 단점이 있다[3].
전개거동 특성을 확인하기 위해 댐핑 계수를 결정하는 과정에서 사용한 모델은 무엇인가? 복합재료 반사판의 구조변형 특성을 살펴보기 위해 FSDT(First-order Shear Deformation Theory)를 이용하여 빔 모델로 유한요소 정식화 하였다. 역진자 모델을 이용하여 안테나 전개시간에 따른 스프링 상수 그리고 댐핑 계수들을 결정하였다. 다물체 동력학 해석을 통하여 설계변수에 따른 안테나 반사판의 동적구조 특성을 확인하였고, 무중력 모사 전개실험을 통하여 해석결과 검증 및 거동특성을 실험적으로 관찰하였다.
Kane 방정식의 특징은 무엇인가? Gibbs 방정식은 체계적이고 간단한 운동 방정식을 제공하지만, Kane 방정식과 비교했을 때구현하기 힘든 단점이 있다[3]. Kane 방정식은 전개형 우주 구조물의 동역학 해석에 주로 이용되고[4,5], 복잡한 형태를 갖는 반사판 안테나의 구조 및 부구 조물의 동적 상호작용을 보다 쉽게 분석할 수 있다 [6,7].
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참고문헌 (11)

  1. Hwang, K. T., Cho, C. L., Lee, D. W., Lee, S. H., and Moon. G. W., "System Alignment Technology in Korea Multi-Purpose Satellite," Current Industrial and Technological Trends in Aerospace, Vol. 11, No. 1, 2013, pp. 83-92. 

  2. Gulyaev, V. I., Gaidaichuk, V. V. E., Chernyavskii, A. G., and Scialino, L., "Dynamic Behavior of a Large Deployable Reflector," International applied mechanics, Vol. 39, No. 9, 2003, pp. 1084-1088. 

  3. Kane, T. R., and Levinson, D. A., "Formulation of Equations of Motion for Complex Spacecraft," Journal of Guidance and Control, Vol. 3, No. 2, 1980, pp. 99-112. 

  4. Stoneking, E., "Implementation of Kane's Method for a Spacecraft Composed of Multiple Rigid Bodies," In AIAA Guidance, Navigation, and Control (GNC) Conference, 2013, p. 4649. 

  5. Park, J. H., Yoo, H. H., Hwang, Y. H., and Bae, D. S., "Dynamic Analysis of Constrained Multibody System using Kane's method," Transactions A of The Korean Society of Mechanical Engineers, Vol. 21, No. 2, 1997, pp. 2156-2164. 

  6. Heffernan, N. F., "A multibody dynamic analysis of the N-ROSS satellite rotating flexible reflector using Kane's method," Doctoral dissertation, 1987. 

  7. Zhou, X., "Dynamics Modeling and Analysis of Spacecraft Antenna Based on Kane Method," 2nd International Conference on System, Computing, and applications, 2018, pp. 285-293. 

  8. Choi, J. S., Moon, S. M., Yoon, Y. S., Kim, H. W., and Choi, S. B., "Deployable Communication Antenna Alignment for Geostationary Satellite," Journal of The Korean Society for Aeronautical and Space Sciences, Vol. 39, No. 3, 2011, pp. 279-288. 

  9. Alberto, M., L. Di Cicco, Riccardo, R., and Davide, S., "Large reflector technologies at TAS-I," 3rd International conference Advanced Lightweight Structures and Reflector Antennas, 2018. 

  10. Schmid, M., and Barho, R., "Development summary and test results of a 3 meter unfurlable CFRP Skin Antenna Reflector," In 10th European Space Mechanisms and Tribology Symposium, Vol. 524, 2003, pp. 145-151. 

  11. Amirouche, F., Fundamentals of Multibody Dynamics: theory and application, Birkhauser Boston, New York, 2006. 

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